北卡罗来纳州草地和林地下土壤健康特性的累积频率分布

《Soil Science Society of America Journal》：Cumulative frequency distributions of soil health properties under grasslands and woodlands across North Carolina

　　草地与林地土壤健康比较显示，草地土壤健康评分（0.54±0.02）显著高于林地（0.37±0.02）（p<0.001）。研究通过309块草地和29块林地的土壤质地分组（细、中、粗）分析，发现不同质地土壤下土壤有机碳、氮及生物活性等指标分布有效区分了草地与林地，验证了区域土壤数据库的适用性，证实土壤质地是评估土壤健康的关键因素。

　　土壤健康状况在不同地区和不同管理方式下表现出显著差异，这主要受到自然条件和人为管理活动的双重影响。本研究通过调查北卡罗来纳州309个草地和29个农林复合系统的土壤特性，旨在构建一个可靠的土壤健康数据库，并验证土壤质地分类是否能够有效区分土壤健康指标的差异。研究结果表明，基于沙含量将土壤质地简单划分为细粒（<0.2 kg/kg）、中粒（0.2–0.5 kg/kg）和粗粒（>0.5 kg/kg）的分类方法，在大多数土壤健康指标的区分上表现良好，尤其是在中粒和粗粒土壤之间。

在草地与林地之间的土壤健康指标存在明显差异。总体来看，草地在大多数土壤化学、物理、生物和生物地球化学性质上优于林地，如土壤总有机碳、氮含量，以及土壤生物活性等。然而，草地的基质呼吸和总、颗粒及非颗粒有机碳含量则低于林地。这表明草地管理在某些方面可能对土壤碳储存能力有负面影响，而林地则有助于提高土壤的碳储量。尽管如此，草地在土壤健康评分上仍然优于林地，这可能是由于草地能够有效提升土壤养分含量，而林地则在某些关键指标上表现不足。

研究发现，草地的土壤有机碳和氮含量普遍高于林地，但这一趋势在粗粒土壤中并不明显。这可能与粗粒土壤的物理结构和养分吸附能力有关。此外，草地和林地在不同土壤质地中的表现也存在差异。例如，在细粒土壤中，草地的土壤稳定性指数和有机碳含量较高，而在粗粒土壤中，这些指标则相对较低。这说明土壤质地对土壤健康指标的影响具有显著性，尤其是在土壤结构和碳氮循环方面。

通过比较本研究与之前在北卡罗来纳州和弗吉尼亚州的研究结果，发现两者在土壤化学性质的分布上具有高度相似性，表明在相似的生态环境下，土壤健康指标的分布具有一定的稳定性。然而，某些指标如可提取磷（P）、锌（Zn）和铜（Cu）在北卡罗来纳州的私人草地中表现出更高的含量，这可能与动物粪肥的广泛施用有关。而草地和林地之间的某些差异，如可提取钾（K）和基质饱和度，可能反映了不同地区土壤的固有特性，以及不同管理方式对土壤养分的影响。

研究还发现，土壤生物活性、净氮矿化和硝化作用在草地中显著高于林地，这可能与草地更高的有机质输入和更活跃的微生物活动有关。相比之下，林地的基质呼吸和部分生物地球化学指标则较低，这可能与林地较低的土壤pH值和较少的氮输入有关。这些结果为理解草地和林地对土壤健康的影响提供了重要依据，同时也表明，草地管理在提升土壤养分和生物活性方面具有积极作用，但对土壤碳储存和稳定性可能存在一定限制。

此外，本研究提出了一种基于土壤质地分组的土壤健康评分方法，该方法通过计算各土壤质地组中不同指标的中位数，将土壤健康状况整合为一个综合评分。草地在所有土壤质地组中的土壤健康评分均高于林地，且评分的变异系数较小，表明草地在土壤健康评估中更具一致性。这种评分方法不仅有助于评估不同土壤类型下的土壤健康状况，也为农民提供了一个直观的工具，帮助他们在管理决策中优化土壤健康。

研究还强调了构建土壤健康数据库的重要性，尤其是在不同土壤质地和管理方式之间建立统一的参考标准。通过广泛的样本采集和分析，可以更好地理解土壤健康指标的变化趋势，并为不同地区的土壤管理提供科学依据。例如，细粒土壤的有机碳和氮含量普遍较高，而粗粒土壤则在某些指标上表现较低，这提示在制定土壤健康指标时，需要考虑土壤质地的影响，以确保评估的准确性。

总体而言，本研究确认了土壤质地分组在评估土壤健康指标方面的有效性，特别是在东南部美国地区的多样土壤类型中。同时，研究也指出了草地和林地在土壤健康指标上的差异，这可能与不同的生态系统功能和管理方式有关。为了进一步提升土壤健康评估的科学性和实用性，未来的研究应关注土壤健康指标与生态系统功能之间的关系，例如植物生产力、土壤侵蚀控制、温室气体减排和生物多样性保护等。此外，还需要在不同地理区域进行更多研究，以扩展和验证土壤健康指标的适用范围，从而为更广泛的土壤管理实践提供支持。